恒定磁场特点
大学物理第7章恒定磁场(总结)
磁场对物质的影响实验
总结词
磁场对物质的影响实验是研究磁场对物质性 质和行为影响的实验，通过观察物质在磁场 中的变化，可以深入了解物质的磁学性质和 磁场的作用机制。
详细描述
在磁场对物质的影响实验中，常见的实验对 象包括铁磁性材料、抗磁性材料和顺磁性材 料等。通过观察这些材料在磁场中的磁化、 磁致伸缩等现象，可以研究磁场对物质内部 微观结构和宏观性质的影响。此外，还可以 通过测量物质的磁化曲线和磁滞回线等参数 ，进一步探究物质的磁学性质和磁畴结构。
毕奥-萨伐尔定律
02
描述了电流在空间中产生的磁场分布，即电流元在其周围空间
产生的磁场与电流元、距离有关。
磁场的高斯定理
03
表明磁场是无源场，即穿过任意闭合曲面的磁通量恒等于零。
磁场中的电流和磁动势
安培环路定律
描述了电流在磁场中所受的力与 电流、磁动势之间的关系，即磁 场中的电流所受的力与电流、磁 动势沿闭合回路的线积分成正比。
磁流体动力学
研究磁场对流体运动的影响，如磁场对流体流动的导向、加速和 减速作用。
磁力
磁场可以产生磁力，对物体进行吸引或排斥，可以用于物体的悬 浮、分离和搬运等。
磁电阻
某些材料的电阻会受到磁场的影响，这种现象称为磁电阻效应， 可以用于电子器件的设计。
磁场的工程应用
1 2
磁悬浮技术
利用磁场对物体的排斥力，实现物体的无接触悬 浮，广泛应用于高速交通、悬浮列车等领域。
磁动势
描述了产生磁场的电流的量，即 磁动势等于产生磁场的电流与线 圈匝数的乘积。
磁阻
描述了磁通通过不同材料的难易 程度，即磁阻等于材料磁导率与 材料厚度的乘积。
磁场中的力
安培力
恒定磁场
三、恒定磁场电流或运动电荷在空间产生磁场。
不随时间变化的磁场称恒定磁场。
它是恒定电流周围空间中存在的一种特殊形态的物质。
磁场的基本特征是对置于其中的电流有力的作用。
永久磁铁的磁场也是恒定磁场。
1、磁通密度与毕奥－萨伐尔定律磁通密度是表示磁场的基本物理量之一，又称磁感应强度，符号为B。
电流元受到的安培力 B l d I f d⨯''=毕奥——萨伐尔定律 ⎰⨯=l r r l Id B 2004 πμ对于粗导线，可将导线划分为许多体积元dV 。
⎰⎰⎰⨯=Vrr dV J B 24 πμ 2、磁通连续性定理磁场可以用磁力线描述。
若认为磁场是由电流产生的，按照毕奥－萨伐尔定律，磁力线都是闭合曲线。
磁场中的高斯定理 0d =⋅⎰⎰SS B式中，S 为任一闭合面，即穿出任一闭合面的磁通代数和为零。
应用高斯散度定理⎰⎰⎰⎰⎰⋅∇=⋅VSdV B S B d0＝⎰⎰⎰⋅∇VdV B由于V 是任意的，故 0＝B⋅∇式中⋅∇为散度算符。
这是磁场的基本性质之一，称为无散性。
磁场是无源场。
3、磁场中的媒质磁场对其中的磁媒质产生磁化作用，即在磁场的作用下磁媒质中出现分子电流。
总的磁场由自由电流与分子电流共同产生。
永磁铁本身有自发的磁化，因而不需要外界自由电流也能产生磁场。
磁媒质的磁化程度用磁化强度M来表征，它是单位体积内的磁偶极矩。
磁偶极矩：环形电流所围面积与该电流的乘机为磁偶极矩，其方向与电流环绕方向符合右螺旋关系。
n IS P m =磁场强度 M B H-=0μ 或 )(0M H B +=μ本构方程 由m H M χ=可得 H B μ＝，该式称为磁媒质的成分方程或本构方程。
磁媒质的分类：r m μμχμμ00)1(=+=，顺磁质 1>r μ，抗磁质 1<r μ，铁磁质1>>r μ。
4、安培环路定律磁场强度H沿闭合回路的积分，等于穿过该回路所限定的面上的自由电流。
回路的方向与电流的正向按右螺旋规则选定。
恒定磁场特点
恒定磁场特点磁场可以被定义为将实体影响电磁波的电磁力学场。
与电场不同，磁场不依赖于电荷的存在，而是由磁密度（也称为磁通量）和真空介电常数（真空介电率）所决定。
它是一种自由空间中常在其周围流动的力，它由向量磁场强度和磁感应磁场强度构成，并可以由磁矩来描述。
恒定磁场，即静止磁场，是一种在空间中已经产生的磁场，它的磁场总是一个固定的数值，即并不会改变，而且不与位置有关，具有稳定性。
静止磁场有发电机绕组，磁体衍射，椭圆变压器，永磁马达，磁性剂，磁粉，磁性结构，软磁材料等磁性材料所产生的，即能够有效产生一个恒定的磁场。
首先，恒定磁场可以有效地产生较大的强度。
发电机绕组内的恒定磁场可以在短时间内产生出很大的磁感应强度、磁矩，而磁体衍射时产生的恒定磁场可以在室温下持续存在，磁场强度可以达到1亿亨/米以上。
其次，恒定磁场具有介质不可破坏性。
磁场不受新鲜度以及稳定性的影响，恒定磁场与介质是独立的，即磁场不受介质影响，而不会被介质的变化而受到影响，而且这种磁场可以随着时间的推移而不会发生变化。
再次，恒定磁场具有空间不变性。
由于恒定磁场的大小与位置无关，因此它在空间上的变化是有限的，所以它的空间不变性比较强，它可以在广泛的空间范围内保持其固定的磁场大小。
此外，恒定磁场具有可控性。
恒定磁场可以通过改变不同磁性材料的大小或位置来改变它的强度，也可以通过交流电路中的变压器、调节器、电机等来调节它的大小。
最后，恒定磁场具有安全可靠性。
由于恒定磁场的大小是固定的，且不会受到任何外界因素的影响，因此它可以很好地保证安全，尤其是在高强度静止磁场应用中，可以保证安全可靠性。
总而言之，恒定磁场具有很多优点，它可以有效地产生较大的强度，具有介质不可破坏性以及空间不变性，几乎可以无限接近，而且可以控制恒定磁场的强度，并具有可靠的安全性。
因此，恒定磁场在电子行业、航空航天领域、医疗检测领域等诸多领域都得到了广泛的应用，发挥了重要的作用。
《恒定磁场》PPT课件
任何物质的分子都存在着圆形电流，称为分子电流。
nˆ
每个分子电流都相当于一个基本磁元体。
各基本磁元体的磁效应相叠加
永磁体
IN e
v
S
基本磁元体受磁场力作用而转向 2、磁场
磁化
图 4－ 4 分 子 电 流
运动的电荷在其周围空间激励出了磁场这种特殊的物质。
磁作用力都是通过磁场来传递的。
3、磁单极子 ①理论上预言存在，但是没有在实验中发现 ②即使存在也是极少的，不会影响现有的一般工程应用。
③洛仑兹力方程
Fq(EvB )
B 的单位： 在SI单位制中，为特斯拉（T） 高斯单位制中，为高斯（Gs )
1 特斯拉 ＝1 (牛顿·秒)/(库仑·米) 1 T＝104 Gs
5、磁感应线 ①磁感应线上任一点的切线方向为该点磁感应强度 B 的方向； ②通过垂直于的单位面积上的磁感应线的条数正比于该点 B 值的大小。
2、安培磁力定律符合牛顿第三定律
F21F12
二、毕奥----沙伐定律
1、电流回路的 B
将安培磁力定律改写为
写成微分形式
F21
l2I2dl240
l1
I1dl1R21
R231
dF21I2dl24 0
l1
I1dl1R21
R231
只与回路 l1 有关
而电流回路所受磁力可以归结为回路中运动电荷受力的结果
B
A
A
q
F
B
图4－11 磁聚焦
图4－12 磁镜
图4－13 磁瓶
三. 回旋加速器
回旋加速器的优点在于以不很高的振 荡电压对粒子不断加速而使其获极高 的动能。
设D形盒的半径为R0，则离子所能
电磁场 恒定磁场
工程电磁场导论：恒定磁场
2）无外场时，各分子环流无规取向，总体磁矩为零，此时无宏观 磁场。有外场时，这些微磁矩受到力矩
的作用，趋于沿外场方向排列（
）。此时，出现
的有
序分布，总磁场不再为零，宏观上呈现磁性。这个过程，称为物 质（媒质）的磁化。 3）磁化的后果，就是媒质产生附加的磁场，叠加于外磁场之上， 空间的磁场，由二者共同决定。
（沿 R 方向）那么前者对后者的磁场作用力可表示为
eR方向由施力者指向
受力者
其中 ，称为真空磁导率。
工程电磁场导论：恒定磁场
• 这个规律没有官方的名称，但常常称为 Ampere 定律，
其在磁场中的地位与 Coulomb 定律在电场中的地位相
当。因此，对于真空中的两个载流回路 的作用力 和 ， 对
工程电磁场导论：恒定磁场
•
也可以定义磁力线（ B 线），其微分方程：
工程电磁场导论：恒定磁场
【例3－1】有限长直线电流的磁场问题。
•
考虑对称性，选取柱坐标，导线中点为坐标原点，导线与 z 轴重 合。显然，磁场与 维度无关。
取元电流
在 z′处，其在 P
点产生的元磁场
其中
工程电磁场导论：恒定磁场 因此
故
工程电磁场导论：恒定磁场
工程电磁场导论：恒定磁场
• 各向同性线性磁介质，有本构方程
称为磁化率，是一个无量纲的纯数。此时有
其中
为相对磁导率，
为磁导率。
工程电磁场导论：恒定磁场 一些磁介质的性能
工程电磁场导论：恒定磁场
• 对于铁磁介质，情况十分复杂。
等式 仍然成立，但是
不成立。 M～H 间没有线性关系。
工程电磁场导论：恒定磁场
真空中恒定磁场的基本规律
P dS
S
PdV
V
P P
14
( 2 ) 极化电荷面密度
紧贴电介质表面取如图所示的闭曲面，则穿过面积元 的dS极
化电荷为
dqP qnldS cos PdS cos P dS
故得到电介质表面的极化电荷面密度为
SP P en
S P
dS en
15
4. 电位移矢量 介质中的高斯定理
• 载流圆环轴线上的磁感应强度：
B(0, 0,
z)
ez
0 Ia 2
2(a2 z2 )3
2
4
z
2
I M 1
载流直线段
z
M
ao
y
x
I
载流圆环
5
例 2.3.1 计算线电流圆环轴线上任一点的磁感应强度。 解：设圆环的半径为a，流过的电流为I。为计算方便取线电
流圆环位于xy平面上，则所求场点为P(0,0,z),如图 所示。采用圆柱
其中 0(1 e ) r0 称为介质的介电常数，r 1 e 称为介
质的相对介电常数（无量纲）。
* 介质有多种不同的分类方法，如： • 均匀和非均匀介质 • 各向同性和各向异性介质 • 时变和时不变介质
• 线性和非线性介质 • 确定性和随机介质
恒定场的散度（微分形式） 磁通连续性原理（积分形式）
B(r ) 0
S B(r ) dS 0
磁通连续性原理表明：恒定磁场是无源场，磁场线是无起点和
终点的闭合曲线。
2. 恒定磁场的旋度与安培环路定理
恒定磁场的旋度（微分形式）
B(r ) 0J (r )
安培环路定理（积分形式）
B(r)dl
I2dl2 (I1dl1 R12 )
恒定磁场ppt
恒定磁场研究的前沿进展
01
恒定磁场作为一种独特的物理场，具有无辐射、无污染、易于调控等优势，在 基础科学、应用科学和工程技术等领域具有广泛的应用前景。
02
近年来，研究者们在恒定磁场相关的物理、材料、生物医学等领域取得了许多 前沿进展，如在磁性材料研究方面，发现了多种新型磁性材料，提高了磁性材 料的性能和稳定性。
光学性质
恒定磁场可以影响物质的光学性质，如折射率、吸收光谱等。
恒定磁场对物质化学性质的影响
电子结构
恒定磁场可以影响物质的电子结构，从而影响化学键的形成 和断裂。
反应速率
恒定磁场可以影响化学反应速率，从而影响化学反应的能量 转换和物质转化。
04
恒定磁场的应用实例
恒定磁场在医学领域的应用
核磁共振成像（MRI）
恒定磁场的基本特征
恒定磁场是一种非均匀场，其 强度和方向随空间位置的变化
而变化。
恒定磁场具有旋度，因此不会 产生电场。
恒定磁场与电场不同，其强度 不与电流密度成正比，而是与 电流密度和磁导率成正比。
恒定磁场的应用场景
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磁性材料制备
磁记录
利用恒定磁场可以控制磁性材料的磁性能参 数，如磁化强度、磁晶各向异性等，从而制 备高性能的磁性材料。
利用恒定磁场将人体中的氢原子磁化，通过检测这些原子核产生的信号，生 成人体内部的高分辨率图像。
磁分离技术
恒定磁场可用于分离血液中的肿瘤细胞、细菌等有害物质，提高疾病诊断和 治疗的准确性。
恒定磁场在材料科学领域的应用
磁性材料制造
恒定磁场可以用于制造高性能的磁性材料，如稀土永磁材料、铁氧体材料等。
磁记录
未来，恒定磁场的研究和应用将会有更多的创新和发 展，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
恒定磁场概述.
方向 0 I d l r 0 I d l si n dB dB 3 4 r 4 r2
r sin a
a r si n
O
a
r I dl
1
a d ctg dl 2 sin a P 0 I 0 I cos 1 cos 2 B si n d 4a 4a
r
B
L
B
L
d r // B
B d r 0 I
B d r B 2 r
r
0 I B 2r
0
例题
求：无限长圆柱面电流的磁场 解：对称性分析——磁感应线是 躺在垂 直平面上的同心圆。 选环路
I
R
r
L
B d r
L
0 I
0
r R r R
2.与形成磁场的电流相套连.
二、高斯定理
磁感应线是闭合曲线.
B d S 0
S
磁场是无源场. 为什么？
求穿过旋转曲面的磁通量，
可以通过求穿过平面圆的磁通量。
B
8.3 安培环路定理
I1 一、安培环路定理 I3
L
B d r 0 I n
n
L1
正向穿过以L为边界的任 意曲面的电流的代数和。
r
d B d B
0 I d l r dB 4 r 3 0 I d l dB 4 r 2 d B d B cos
3
2
例题
求：一段圆弧圆电流在其曲率中心处的磁场。
解：
0 I d l r dB 3 4 r
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恒定磁场特点
恒定磁场主要特点：
1、强度相对稳定：磁场强度相对稳定，变化不大，可以满足后续的应用需求。
2、安全可靠：恒定磁场的设计原理是建立一个不变的磁流，使用时不会有任何安全隐患，具有比较高的可靠性。
3、应用范围广：恒定磁场的应用范围广泛，包括电机、滑移开关、放大器等。
4、抗干扰性高：由于不受外部磁场的影响，磁字节可以在较高频率处产生更强的信号，从而提高抗干扰性。
5、密度大：由于恒定磁场是空间上的固定磁流体，因此其与普通磁场的密度相比要高得多，更容易形成强大的磁场。